超高強高性能混凝土配合比設(shè)計方法

1、第8卷2009正第4期8月廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版JournM of Guangzhou University(Natural Science EditionV01.8Aug.No.42009文章編號:1671-4229(200904-0078-05超高強高性能混凝土配合比設(shè)計方法焦楚杰,周云,程從密,張文華(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院,廣東廣州510006摘要:基于超高強高性能混凝土(HPC配制試驗數(shù)據(jù)擬合出膠水比公式系數(shù),并借鑒前人經(jīng)驗,引入水化活性因子,以及確定膠凝材料、砂、石和外加劑用量,從而提出了超高強HPC配合比設(shè)計方法.應(yīng)用該方法設(shè)計出C90和C100超高強HPC配合比,并采用珠三角地

2、區(qū)常見的原材料及通用制備工藝進行實驗配制,得出的立方體抗壓強度和塌落度都滿足要求.該方法計算過程簡明,便于工程技術(shù)人員的設(shè)計操作.關(guān)鍵詞:珠三角地區(qū);超高強高性能混凝土;配合比設(shè)計方法中圖分類號:Tu528.572文獻標(biāo)識碼:A高性能混凝土(High Performance Concrete,簡稱HPC組分材料多,性能指標(biāo)多且特殊¨。3J,其配制的方法難以墨守行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ55-2000普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程4o,近20多年來,國內(nèi)外多種HPC配合比設(shè)計方法相繼出現(xiàn),如:美國Me. hta和Aitcin提出的基于經(jīng)驗的HPC配合比設(shè)計方法怕1、英國Soutsos和Domone,以及

3、Carbonari提出了基于最大密實度理論的HPC配合比設(shè)計方法M一7I,中國臺灣中華大學(xué)的Yeh建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)平臺的HPC配合比設(shè)計方法舊J、中國清華大學(xué)王德懷建立的配合比設(shè)計和質(zhì)量控制的計算機軟件系統(tǒng)一1,上述方法對HPC在工程中的應(yīng)用具有一定的參考價值,加深了科研和工程技術(shù)人員對HPC配制技術(shù)的了解.但是正如陳肇元院士指出¨0|,HPC是地方性很強的材料,它的原材料以及配制方法與當(dāng)?shù)刭Y源及環(huán)境氣候條件密切相關(guān),上述已有的HPC配合比設(shè)計方法也并非適用于世界各地各種建設(shè)工程.超高強高性能混凝土是指立方體抗壓強度100MPa至150MPa、塌落度120mm的混凝土¨

4、1。陀,在工程實踐中,其抗壓強度、塌落度的離散性遠大于普通混凝土.為了配制出符合珠三角地區(qū)原材料特點的、設(shè)計方法操作簡單的超高強HPC,本文在普通混凝土的配合比設(shè)計方法基礎(chǔ)上,結(jié)合超高強HPC配合比試驗和前人經(jīng)驗,針對C90和C100進行配合比設(shè)計方法試驗研究.1理論推導(dǎo)1.1膠水比公式的修正普通混凝土設(shè)計中的灰水比公式是混凝土配合比設(shè)計的基礎(chǔ),HPC的配合比設(shè)計也同樣基于灰水比公式,但須對其進行適當(dāng)修正,以區(qū)別于普通混凝土.根據(jù)普通混凝土的灰水比定則,有,1工。=A茜+D(1盯工。為昆凝土28d配制抗壓強度(MPa,由于超高強HPC的膠凝材料除了水泥之外,經(jīng)常還有礦物摻合料,所以(1式中的C

5、/W為膠水比,c為膠凝材料用量(kg,形為用水量(kg,A、D為常數(shù).基于筆者前期HPC配合比試驗資料¨3|,對配合比及立方強度數(shù)據(jù)進行回歸擬合,得出A= 32.4,D=一26.7,則膠水比公式為,1收稿日期:20090326;修回日期:20090331萬方數(shù)據(jù)第4期焦楚杰等:超高強高性能混凝土配合比設(shè)計方法79由于超高強HPC中摻加了多種摻合料和外加劑,其中最常用的是粉煤灰和硅灰,粉煤灰可以提高混凝土的流動性、耐久性能及經(jīng)濟性能,硅灰對混凝土的強度貢獻很大,是配制超高強混凝土之首選原材料.因此,須對膠水比定則作適當(dāng)修正,把二者對混凝土的強度影響在膠水比公式中表征出來.根據(jù)文獻14,

6、引入摻和料水化活性因子的概念,膠凝材料的活性可以用強度來表征,因此粉煤灰及硅灰的活性可以用水泥的強度修正值來進行表征.對于水膠比可以表示為W=丑1一(1一ki(3f7W1為混凝土的實際功效水膠比,塒i為膠u,凝材料中礦物摻和料的百分?jǐn)?shù);ki為礦物摻合料的水化活性因子.(3式中,硅灰的水化活性因子七。,=3.0,粉煤灰的水化活性因子而危=砂率的確定混凝土配合比中的砂率與用水量存在著一定的關(guān)系,文獻15進行了強度為60MPa至140MPa的HPC和超高強HPC的配制試驗,數(shù)據(jù)如表1所示.表1文獻15中的HPC強度和配合比, Table1The strength and mix pro

7、portion of HPC in Ref.15對表1數(shù)據(jù)進行回歸分析,得出以下砂率與用水量之間的關(guān)系式:&=im瓦s=(o.128肜+1511/100(4s。為砂率;W為用水量;m。為砂子質(zhì)量;m。為石子質(zhì)量.1.3膠凝材料用量的確定根據(jù)美國P K Mehta和P C Aitcin教授的觀點5|,要使HPC同時達到最佳的施工和易性和強度性能,其水泥漿與骨料的體積比應(yīng)為35:65.故有墮+墜+生+一ms!生告業(yè)=石35m r(5,nc.oPs Pc墮+墜+生+墮:0.35(6P。P。Pr Psi塑+生:0.65(7p s pG(6式和(7式中,m。,m。,m,ms,ms,mG分別為水、

8、水泥、粉煤灰、硅灰、砂、石子的質(zhì)量;JD。, P。,P,P。,P。,P。分別為水、水泥、粉煤灰、硅灰、砂、石子的表觀密度.1.4外加劑(減水劑用量的確定對于減水劑的摻加,參考文獻16有以下的關(guān)系式:萬方數(shù)據(jù)廣州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版第8卷p=(等呦×3.67艫I1r+叩J×土7¨,(8式中,u為減水劑摻量;W為用水量(kg;耽為坍落度79cm基準(zhǔn)混凝土用水量(kg,與石子最大粒徑有關(guān),%取值如表2所示.表2基準(zhǔn)混凝土用水量Table2Volume of water of controlled concrete石子最大粒徑/mm耽/kg16 20 25230 215

9、210綜合上述,配制超高強HPC時,先選定礦物摻合料的種類與摻量,接著根據(jù)(2、(3、(4、(6、(7、(8式可求解出各原材料用量,從而獲得超高強HPC的配合比.2實例計算作為實例,對C90超高強HPC配合比進行計算.原材料:廣州市越堡水泥有限公司生產(chǎn)的P. 052.5水泥,密度為3100kgm;中砂,密度為2600kgm,細度模數(shù)2.9;花崗巖碎石,密度為2600kgm,最大粒徑為20mm;挪威埃肯國際貿(mào)易(上海有限公司生產(chǎn)的硅灰,密度為2200 kgnl;廣州運宏粉煤灰綜合開發(fā)有限公司生產(chǎn)的一級粉煤灰,密度為2500kgITI;廣州西卡公司生產(chǎn)的ViscoCrete3350減水劑,減水率可

10、達37%;普通自來水,密度為1000kgm一.(1C90的配制C90因強度較高,預(yù)先設(shè)定摻8%的硅灰、15%的粉煤灰,則ms,=0.08C,mF=0.15C,mc= 0.77C,其中c為膠凝材料總量,C=ms,+m,+mc.(2確定水膠比上=324茜一267,導(dǎo)=%筍=箋孚黽6,即了W:0.278.(3修正水膠比W.:罟一”kiWi,(百W,=O.2781_(1_0.4×0.15_(13.0×0.08=0.30.=魯一o.30;:÷:(o.11,1/1Sptit,S128W+15.:2再菘2(o,=(0.128m。+15.11/loo;墮+墜+坐+塑:0.35:十

11、一十一十一=.:P。Pc Pr Psi,孔c m,2+2=0.65.Ps Pc其中,m。=0.77C,mF=o.15C,ms,=0.08C;p。=1000kgm,P。=3100kg111,PF=2500 kg。m一,Ps,=2200kg。m,Ps=2600kg。m,P。=2600kgITI一,將這些參數(shù)代入(4式,求得結(jié)果為m。=163kg,C=543kg,m。=418kg,m,=81 kg,ms,=43kg,ms=608kg,mG=1082kg,.sp= 0.36.(4減水劑摻量p=(￥m×3.67%州2n163/215+0.06×3.67%=1.11%.按上述流程,同樣

12、可以設(shè)計出C100超高強HPC配合比.3實驗驗證設(shè)計了C90和C100二個強度等級,配合比如表3所示.萬方數(shù)據(jù)第4期焦楚杰等:超高強高性能混凝土配合比設(shè)計方法81經(jīng)測試,C90的塌落度和立方體抗壓強度分別為16cm、104MPa;C100的塌落度和強度分別為15cm、115MPa.從試驗結(jié)果看,利用本文提出的超高強HPC配合比設(shè)計方法,所得的C90和C100的強度達至盯預(yù)期的強度等級要求.4小結(jié)(1基于超高強HPC配制試驗數(shù)據(jù)擬合出膠水比公式系數(shù),并借鑒前人經(jīng)驗,引入水化活性因子,以及確定膠凝材料、砂、石和外加劑用量,從而提出了超高強HPC配合比設(shè)計方法,該方法計算過程簡明,便于普通工程技術(shù)人

13、員的設(shè)計操作.(2應(yīng)用該方法設(shè)計出C90和C100超高強HPC配合比,并采用珠三角地區(qū)常見的原材料(硅灰除外及通用制備工藝進行實驗配制,得出的立方體抗壓強度和塌落度都滿足要求.(3超高強HPC的另一重要性能耐久性的研究時間持續(xù)很長,目前正在試驗之中,擬在后續(xù)文章中匯報.本文僅針對立方抗壓強度和塌落度兩項性能探討超高強HPC的配合比設(shè)計方法,旨在拋磚引玉,希望能促進科研和工程技術(shù)人員在采用珠三角地區(qū)原材料制備超高強HPC方面的經(jīng)驗交流、積累與總結(jié),使其寶貴經(jīng)驗成為土木工程領(lǐng)域的共同財富,從而有利于推動珠三角地區(qū)超高強HPC應(yīng)用的發(fā)展.本研究為廣州大學(xué)科研團隊資助項目.參考文獻:1吳中偉,廉慧珍.

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